Zadania kwalifikacyjne na warsztaty chemiczne na Wydziale Chemii

Zadania kwalifikacyjne na warsztaty chemiczne na Wydziale Chemii UW
Zadanie 1. (12 punktów) Witaminę C w soku z cytryny można oznaczyć oksydymetrycznie.
W tym celu przygotowano 5 próbek soku z cytryny, każda o objętości 10 mL, i poddano je
analizie ilościowej. Do próbki soku dodano 25 mL 10 mM roztworu chlorku żelaza (III).
Roztwór lekko podgrzano, a następnie dodano kwasu 5-sulfosalicylowego jako wskaźnika
i miareczkowano mianowanym 10 mM roztworem EDTA do zmiany barwy roztworu
z granatowej na żółtą. Do zmiareczkowania próbek użyto 19.2, 20.1, 19.4. 19.1 oraz 19.7 mL
titranta.
1. Zapisz równania reakcji istotnych dla analizy.
2. Oblicz średnią zawartość witaminy C w miligramach na litr soku z cytryny. Podaj błąd
standardowy średniej.
Zadanie 2. (8 punktów) W wyniku katalitycznej wysokociśnieniowej addycji Michaela
nitrometanu do 3-metylocyklopent-2-enonu otrzymano mieszaninę enancjomerów związku X,
wydajność reakcji wyniosła 74% X (jako mieszaniny enancjomerów). Stereoselektywność
oznaczono za pomocą chromatografii gazowej na kolumnie z chiralnym nośnikiem
(β-dekstran). Najpierw wykonano test używając mieszaninę racemiczną związku X jako
wzorca (chromatogram A), gdzie określono czasy retencji obydwu enancjomerów, a następnie
podobną analizę wykonano dla otrzymanej mieszaniny (chromatogram B), dane umieszczono
w tabeli.
chromatogram enancjomer czas retencji wysokość sygnału
pole
[min]
w maksimum
powierzchni pod
[mV]
pikiem
A
S
7.138
34.82
311334
A
R
7.612
29.48
309336
B
?
7.187
10.61
60529
B
?
7.518
58.16
943055
1. Podaj wzory obydwu enancjomerów związku X.
2. Nazwij obydwa enancjomery związku X.
3. Jaki nadmiar enancjomeryczny (ee) zaobserwowano podczas tej reakcji? Który enancjomer
powstaje w przewadze?
Zadanie 3. (12 punktów) Podczas kalibracji pH-metru (elektrody szklanej) zmierzono jego
potencjał elektrochemiczny we wzorcowych roztworach (A-F) o znanym pH. Skład
roztworów: A: 0.1 M cytrynian sodu, 0.1M NaCl, pH 4.0; B: 0.2 M cytrynian sodu, pH 5.0;
C: 0.1 M KH2PO4, 0.1 M NaCl, pH 6.0; D: 0.1 M KH2PO4, 0.1 M K2HPO4, pH 7.0; E: 0.05
M boraks, 0.1 M NaCl, pH 9.0; F: 0.05M boraks, pH 10.0. Zmierzono następujące wartości
potencjału przy ciśnieniu 1 atm oraz w temperaturze 20 oC: roztwór A: -5 mV; B: -58 mV;
C: -115 mV; D: -174 mV; E: -283 mV; F: -344 mV. Następnie zmierzono potencjał wody
destylowanej w tych samych warunkach, którego wartość wynosiła -127 mV. Stwierdzono, że
ta wartość odbiega od wartości oczekiwanej.
1. Jakiej wartości nachylenia krzywej wzorcowej (zależności potencjału od pH) należało
oczekiwać i o ile procentowo rzeczywiste nachylenie różni się od przewidywanego
teoretycznie?
2. O ile i dlaczego potencjał wody destylowanej różni się od oczekiwanego? Załóż, że
używane naczynia nie zawierały zanieczyszczeń pozostałych po poprzednich eksperymentach.
Zadanie 4. (21 punktów) Lipaza A (LipA) z Bacillus subtilis jest enzymem katalizującym
hydrolizę estrów. Długość łańcucha enzymu to 181 aminokwasów. Do badań przygotowano
roztwór źródłowy LipA. W celu oznaczenia ilości enzymu, 100 μL roztworu źródłowego
zmieszano z 900 μL 7 M chlorowodorku guanidyny, umieszczono w kuwecie kwarcowej
o długości ścieżki optycznej 1.00 cm i stwierdzono, że absorbancja tej mieszaniny przy
długości fali 280 nm wynosi 0.757. Do wyznaczenia stężenia enzymu użyto masy molowej
i teoretycznego współczynnika ekstynkcji obliczonych za pomocą aplikacji ProtParam
(web.expasy.org/protparam/), kod Swiss-Prot/TrEMBL dla LipA to P37957. Wskazówka:
otrzymana lipaza nie zawiera lidera tworzonego przez 31 N-terminalnych aminokwasów
kodowanych przez gen LipA (estA). Następnie przystąpiono do wyznaczania parametrów
kinetycznych reakcji hydrolizy kaprylanu p-nitrofenylowego katalizowanej przez LipA.
Roztwór źródłowy został 200-krotnie rozcieńczony i 20 μL tego roztworu dodawano do
mieszaniny reakcyjnej zawierającej różną ilość substratu; końcowa objętość mieszaniny (po
dodaniu enzymu) wynosiła 200 μL. Reakcję prowadzono w 50 mM buforze fosforanu potasu
w pH 8.0 w temperaturze 20 oC, w obecności 0.1% Tritonu X-100. Obserwowano wzrost
absorpcji in situ w naczynku reakcyjnym przy długości fali 405 nm w ciągu 10 minut, wartość
absorpcji rejestrowano co 1 minutę, wyniki pomiarów są podane w tabeli. Dodatkowo,
wyznaczono wartość absorpcji 50 μM p-nitrofenolu w warunkach reakcji (identyczny bufor,
temperatura, objętość roztworu i naczynko reakcyjne) na 0.52.
1. Zapisz równanie reakcji enzymatycznej hydrolizy kaprylanu p-nitrofenylowego.
2. Oblicz stężenie enzymu w roztworze źródłowym, wyraź je w mg/mL i jako stężenie
molowe.
3. Oblicz stałą katalityczną (kcat, liczba obrotów), szybkość maksymalną i stałą Michaelisa dla
LipA. Załóż, że enzym zachowuje się zgodnie z modelem Michaelisa-Menten, oraz że
absorpcja pojawiająca się przy 405 nm pochodzi tylko i wyłącznie od p-nitrofenolu.
czas [min]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.5 mM
0.028
0.099
0.164
0.242
0.284
0.353
0.438
0.508
0.585
0.631
0.725
1.0 mM
0.039
0.149
0.239
0.348
0.468
0.579
0.676
0.764
0.865
0.971
1.074
1.5 mM
0.099
0.246
0.368
0.460
0.610
0.718
0.874
0.972
1.093
1.181
1.233
2.0 mM
0.120
0.247
0.413
0.543
0.681
0.814
0.972
1.095
1.189
1.252
1.300
2.5 mM
0.193
0.337
0.480
0.662
0.795
0.966
1.113
1.198
1.278
1.301
1.293
Zadanie 5. (15 punktów) Poniższy rysunek przedstawia wzór strukturalny 5’-trifosforanu
guanozyny (GTP), związku o dużym znaczeniu biologicznym.
G
O
B
A
N
O
O
O
N
O P O P O P O
O
O
NH
N
O
D
NH2
O
C
HO
OH
E
F
1. Dopasuj oznaczenia A – G do odpowiednich fragmentów cząsteczki:

cukier

wiązanie fosfoestrowe

zasada azotowa

nukleozyd

wiązanie N-glikozydowe

nukleotyd

wiązanie pirofosforanowe
2. Podaj nazwę cukru, który wchodzi w skład GTP. Narysuj jego formę łańcuchową w postaci
wzoru Fischera.
3. Jaka jest konfiguracja (α czy β) anomerycznego atomu węgla?
4. Czy zasada azotowa występująca w GTP należy do puryn czy do pirymidyn?
5. Które z wiązań: fosfoestrowe czy pirofosforanowe jest mniej mniej odporne na hydrolizę?
Czy są one mniej trwałe od wiązania bezwodnikowego (np. w bezwodniku octowym)?
Odpowiedź krótko uzasadnij.
5. Dla której polimerazy GTP jest substratem: polimerazy DNA czy polimerazy RNA?
Dlaczego?
6. W chemii nukleozydów i nukleotydów obowiązują specyficzne zasady numeracji
poszczególnych atomów cząsteczki. Ponumeruj atomy węgla w cukrze, atomy węgla i azotu
w pierścieniu zasady azotowej, oraz atomy fosforu w cząsteczce GTP.
7. Uszereguj związki GTP, guanina, 5’-guanozynomonofosforan, guanozyna od
najmniejszego do największego współczynnika retencji podczas chromatografii na żelu
krzemionkowym i od najlepiej do najsłabiej rozpuszczalnego w wodzie. Odpowiedź krótko
uzasadnij.